Geri Dön

Bioactivity and functionality of chickpea protein-spent coffee phenolic complex

Nohut proteini-kahve atığı fenoliği kompleksinin biyoaktivitesi ve fonksiyonel özellikleri

PDF İndir

  1. Tez No: 740756
  2. Yazar: BEYZA VAHAPOĞLU
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ESRA ÇAPANOĞLU GÜVEN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Gıda Mühendisliği, Food Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2022
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 88

Özet

Proteinler insan beslenmesinin en önemli bileşenlerinden biridir ve gıda sistemlerinde fonksiyonel özellikleri başta olmak üzere birçok amaç için gıda endüstrisinde kullanılmaktadırlar. Günümüzde kullanılan birçok protein kaynağı olmasına rağmen, besinsel ve fonksiyonel özellikleri nedeniyle hayvansal kaynaklı proteinler en çok tercih edilenlerdir. Ancak hayvansal kaynaklı proteinlerin üretim şartları ve çevre üzerinde zararlı etkileri olması nedeniyle birçok dezavantaja sahiptirler. Artan nüfus ve hayvansal protein kaynaklarının dezavantajları dolayısıyla alternatif protein kaynaklarına olan ihtiyaç her geçen gün artmaktadır. Bitkisel proteinler, üretim avantajları, çevreye olan etkileri ve tüketici tarafından kabul edilebilirliği nedeniyle bu kapsamda değerlendirilebilecek en avantajlı protein kaynaklarından birisidir. Ancak fonksiyonel ve besinsel özellikleri hayvansal proteinlere nazaran daha düşük olması nedeniyle bitkisel kaynaklardan elde edilen proteinlerin bu özelliklerini geliştirmek amacıyla çeşitli modifikasyon uygulamaları araştırılmaktadır. Proteinlere uygulanan modifikasyon yöntemleri fiziksel, kimyasal, enzimatik ya da protein fenolik interaksiyonu gibi diğer yöntemleri içermektedir. Fenolik bileşikler, vücudun gelişiminde veya enerji metabolizmasında herhangi bir rolü olmayan ikincil metabolitlerdir. Ancak antioksidan, antiinflamatuar, antimikrobiyal, antialerjenik ve anti kanserojen etkiler gibi birçok biyoaktivite gösterirler. Fenolik bileşikler, protein ile etkileşerek yapısal değişikliklere ve bunun sonucunda proteinlerin fonksiyonel, beslenme ve duyusal özelliklerinde değişikliklere neden olabilmektedirler. Protein fenolik interaksiyonu, bitkisel protein kaynaklarının yapı ve fonksiyonel özelliklerindeki değişikliklere ek olarak biyoaktif özelliklerini artırma potansiyeli olması nedeniyle önemli modifikasyon metotlarından birisi olarak kabul edilmektedir. Protein fenolik protein türü, protein konsantrasyonu, fenolik bileşik türleri ve aralarındaki etkileşimler, sıcaklık, pH, tuz içeriği gibi çeşitli faktörlerden etkilenmektedir. Ayrıca interaksiyon kovalent ve kovalent olmayan olarak iki farklı şekilde gerçekleşebilmektedir. Kovalent interaksiyon geri dönüşümsüzken kovalent olmayan interaksiyonun stabilitesi düşüktür. Ancak her iki interaksiyon da proteinin yapısını etkilemekte ve buna bağlı olarak özelliklerinde değişime neden olmaktadır. Protein fenolik interaksiyonu için kullanılacak olan fenolik bileşik kaynağı maliyetli olabilmektedir ve bu durum protein fenolik interaksiyonu ile protein modifikasyonunun dezavantajlarından birisidir. Bu çalışmada yüksek üretim hacmine sahip bir gıda ürünü olan kahve içeceğinin atığı fenolik kaynağı olarak seçilmiştir. Kahve atığı bazı polisakkaritler, protein, yağ asitleri, mineraller, fenolik bileşikler gibi değerli birçok bileşeni içermektedir. Bu içeriği nedeniyle şeker kaynağı, boya, aktif karbon üretimi, kompost üretimi gibi çeşitli değerlendirilme çalışmaları araştırılmıştır. Ancak üretim miktarı yüksek olmasına rağmen kahve atığı etkili bir değerlendirilme yöntemi geliştirilememiş bir atık kaynağıdır. Ancak içerdiği kaynak başlıca klorojenik asit olmak üzere, kafeik asit, ferulik asit, kateşin gibi çeşitli fenolik maddeler kahve atığının önemli bir fenolik madde olarak kullanılma potansiyelinde olduğunu göstermektedir. Bu çalışmada nohut proteininin kahve atığı fenolikleri ile interaksiyonu incelenmiştir. Çalışma kapsamında Starbucks firmasından üç farklı zamanda toplanmış espresso atığı temin edilmiştir. Bu atıktan %75 etanol kullanılarak fenolik madde ekstraksiyonu gerçekleştirilmiştir. Ekstraksiyon iki aşamalı olarak ve ultrasonik banyo ile gerçekleştirilmiştir. Bir diğer yandan protein kaynağı olan nohuttan izoeletrik çözeltme ile protein izolasyonu gerçekleştirilmiştir. İnterkasiyon farklı fenolik madde konsnatrasyonları ve pH değerlerinde gerçekleştirilmiştir. Fenolik madde konsantrasyonları olarak 0.5, 1 ve 1.5 mg/ml seçilmiştir. Ayrıca kontrol olarak yalnızca protein çözeltisi analiz edilmiştir. Farklı pH değerleri ise kovalent olan ve olmayan bağların kurulmasını sağlayacak şekilde pH 7 ve pH 9 olmak üzere gerçekleştirilmiştir. Sonrasında interaksiyonun proteine ve fenolik bileşiklere etkisini karakterize etmek için bağlanma özellikleri incelenmiş ve hangi fenolik bileşiğin nohut proteini ile bağ yaptığı tespit edilmiştir. İnteraksiyonun proteinin yapısındaki değişimi ölçmek için zeta potansiyeli, FTIR ve floresans yoğunluğu ölçülmüştür. Proteinlerin fonksiyonel özelliklerine etkisi ölçmek için ise proteninin çözünürlük, köpürme ve emülsiyon özellikleri incelenmiştir. Protein fenolik interaksiyonu sonrasında kompleksin biyoaktif özellikleri in vitro biyoerişilebilirlik analizi sonrasında gerçekleştirilen antioksidan kapasite analizleriyle tespit edilmiştir. Fenolik ekstraktının HPLC analizinde 4.23±0.46 mg/ml klorojenik asit, 5.57±0.6 mg/ml kriptoklorojenik asit, 5.93±0.34 mg/ml kafeik asit ve 20.95±1.84 mg/ml kateşin içerdiği tespit edilmiştir. Protein fenolik kompleksinin HPLC ile fenolik bileşiklerinin tespit edilmesi analizinde ise pH 7 değerinde gerçekleştirilen interaksiyonda klorojenik asit tespit edilememiş, kriptoklorojenik asit ve kateşin miktarında ise azalma olduğu gözlemlenmiştir. pH 9 değerinde gerçekleştirilen interaksiyon sonrasında ise fenolik ekstraktın konsantrasyonuna bağlı olarak fenolik bileşiklerin tamamında farklı oranlarda azalma olduğu gözlemlenmiştir. Fenolik bileşiklerin miktarında gözlemlenen bu azalma, tespit edilemeyen fenolik bileşiklerin nohut proteini ile kompleks oluşturduklarnın bir göstergesidir. Protein fenolik etkileşiminin nohut proteininin fonksiyonel özellikleri üzerine etkisi protein çözünürlüğü, köpürme özellikleri ve emulsiyon özellikleri incelenmiştir. Nohut proteininin çözünürlüğü pH 7 ve 9 için sırasıyla 81.72% ve 92.76% olarak bulunmuş ve interaksiyon sonrasında hem pH 7 hem pH 9 değerindeki interaksiyon sonrasındaçözünürlük özelliğinde anlamlı bir değişiklik gözlemlenmemiştir. Benzer şekilde, pH 7 değerinde gerçekleştirilen interaksiyon sonrasında nohut proteininin köpük oluşturma özellikleri, emülsiyon kapasitesi ve stabilitesinde anlamlı bir değişiklik gözlemlenmemiştir (p>0.05). Bununla birlikte, nohut proteininin bu özelliklerinde fenolik bileşiklerle pH 9 değerinde gerçekleştirilen interaksiyon sonrasında iyileşme gözlemlenmiştir. Nohut proteininin köpük oluşturma kapasitesi %43.33 iken fenolik ilavesi ile farklı konsantrasyonlar arasında anlamlı bir fark olmaksızın %123,33-142,89 aralığında bulunmuştur. Benzer şekilde nohut proteininin emülsiyon kapasite and stabilitesinde pH 7 değerinde gerçekleştirilen interaksiyon sonrasında sırasıyla 10% ve %8 artış gözlemlenmiştir. Her iki interaksiyon sonrasında örneklerin emülsiyon aktivite indeksi ve stabilite indeksi değerlerinde artış gözlemlenmiştir. Nohut proteinde gözlemlenen en yüksek artışın 1 mg/ml konsantrasyonundaki fenolik ekstrakt ile hazırlanan örnekte olduğu tespit edilmiştir. Tespit edilen artış pH 7 ve pH 9 değerlerinde gerçekleştirilen interaksiyon için sırasıyla %47 ve %55 olarak hesaplanmıştır. Aynı örneklerin emülsiyon stabilite indekslerinde ise sırasıyla %70 ve %6 artış gözlemlenmiştir. Protein fenolik interaksiyonunun örneklerin biyoaktif özellikleri ve sindirim sürecindeki stabilitesini incelemek için in vitro biyoerişilebilirlik analizi gerçekleştirilmiştir. Örneklerin toplam fenolik madde miktarı pH 7 ve 9 için sırasıyla 13.21±0.48 and 12.94±0.22 mg gallik asit eşdeğerliği/gr olarak bulunmuştur ve fenolik madde ilavesi ile toplam fenolik madde miktarında konsantrasyona bağlı olarak anlamlı bir artış gözlemlenmiştir. Örneklerin pH 7 ve pH 9 değerlerindeki toplam antioksidan kapasiteleri incelendiğinde ABTS testi için sırasıyla 11.95±0.47 ve 19.00±2.82 mg Trolox eşdeğerliği/ml olarak bulunmuştur. Fenolik interaksiyon sonrasında pH 7 değerinde konsantrasyona bağlı anlamlı bir artış gözlemlenirken pH 9 değerinde yalnızca 1.5 mg/ml fenolik madde ilavesi ilave anlamlı bir artış gözlemlenmiştir. Nohut proteininin CUPRAC testi ile ölçülen antioksidan kapasite değeri için pH 7 ve pH 9 için sırasıyla 13.30±2.95 ve 12.02±1.35 Trolox eşdeğerliği/ml olarak bulunmuştur. Her iki interaksiyon koşulunda fenolik madde miktarının artması ile toplam antioksidan kapasitede anlamlı bir artış olmuştur. Mide sindirimi sonrasında örneklerin pH 7 değerinde gerçekleşen interaksiyon sonrası toplam fenolik madde miktarlarında artış gözlemlenirken pH 9 değerinde gerçekleşen interaksiyonda istatistiksel olarak anlamlı bir fark gözlemlenmemiştir. Bağırsak sindirimi sonrasında ise pH 9 değerinde gerçekleşen interaksiyon sonrası örneklerin toplam fenolik madde miktarında azalış görülürken pH 9 değerinde gerçekleşen interaksiyon sonrasında istatistiksel olarak anlamlı bir fark gözlemlenmemiştir. ABTS testinde mide fazında toplam antioksidan kapasite azaltırken bağırsak fazında yalnızca pH 9 değerinde gerçekleşen interaksiyon sonrası toplam antioksidan kapasitenin 33%'e kadar artırdığı tespit edilmiştir. CUPRAC testinde örneklerin mide fazında toplam antioksidan kapasitelerinde düşük ya da hiç artış olmamasına rağmen bağırsak fazında antioksidan kapasitede fenolik ilavesi ile pH 7 ve pH 9 değerlerinde gerçekleşen interaksiyon sonrasında sırasıyla %68 ve 18'ye kadar artış gözlemlenmiştir. İnteraksiyonun proteinin yapı özellikleri üzerine etkisi zeta potansiyeli, FTIR spektrum ve floresan yoğunluğu analizleri ile incelenmiştir. Örneklerin pH 7 değerinde gerçekleşen interaksiyon sonrası mutlak zeta potansiyonelinde artış gözlemlenirken pH 9 değerinde gerçekleşen interaksiyon sonrası mutlak zeta potansiyelinde azalış gözlemlenmiştir. Nohut proteini ve protein fenolik komplekslerinin FTIR spektrumu incelendiğinde fenolik madde konsantrasyonuna bağlı olarak amid bantlarında değişiklik olduğu gözlemlenmiştir ve bu nedenle nohut proteininin ikincil yapısında değişiklik olduğu sonucuna varılmıştır. Buna ek olarak, pH 7 ve pH 9 olmak üzere her iki interaksiyon koşulunda nohut proteini ve protein fenolik kompleksinin floresan yoğunluğu incelendiğinde örneklerin floresans yoğunluğunda konsantrasyona bağlı olarak azalma olduğu gözlemlenmiştir. Bu azalma triptofan gibi floresant amino asitlerin yer değiştirdiği ya da bağ yaptığının göstergesidir. Bu nedenle nohut proteininin üçüncül yapısında değişim olduğu sonucuna varılmıştır. Sonuç olarak, kahve atığı fenoliklerinin nohut proteini ile interaksiyonu sonucunda proteinin yapısında değişikliklere neden olduğu görülmüştür. Bu değişiklikler ile beraber proteinin fonksiyonel özelliklerinde iyileşme olduğu gözlemlenmiştir. Kahve atığı fenoliklerinin nohut proteini için etkili alternatif bir protein modifikasyonu olabileceği sonucuna varılmıştır.

Özet (Çeviri)

The demand for alternative protein resources is growing by the day, due to factors such as rising population and changing environmental conditions. Plant-based proteins are one of the most beneficial protein sources to consider in this regard. However, since the functional and nutritional properties of plant-based proteins are inadequate to those of animal-based proteins, several modification applications are being explored in order to improve these properties. Protein interaction is one of the promising protein modification methods that have the potential to improve the bioactive properties of plant-protein resources. The interaction of chickpea protein with spent coffee phenolics was investigated in this study under two conditions interaction conditions including pH 7 and pH 9. The binding properties, the effect of the interaction on the structure and functional properties of the chickpea protein and the in vitro bioaccessibility properties of the complex were then investigated to characterize the effect of interaction on protein and phenolic compounds. Although chlorogenic acid was found in the extract, it was not found in the protein phenolic solution. Besides that, the amount of catechin in the protein phenolic interaction solution was lower than in the phenolic extract. Therefore, it was concluded that these two compounds were bound with chickpea protein. The effect of protein phenolic interaction on the functional properties of chickpea protein was investigated regarding protein solubility, foaming and emulsifying properties. There was no significant difference on the solubility of chickpea protein after its interaction with phenolic compounds. Similarly, there was no significant difference between foaming properties and emulsion capacity and stability of chickpea protein after at pH 7 (p>0.05). However, these properties of chickpea protein are enhanced at pH 9. The foaming capacity of chickpea protein was 43.33%, while the phenolic addition ranged from 123.33 to 142.89% with no significant difference between concentrations. Similarly, interaction at pH 9 increased the emulsion capacity and stability of chickpea protein by 10% and 8%, respectively. The emulsion activity index and stability index of the samples increased after both interactions. The CPI + PE 1 example showed the highest increase in chickpea protein. The determined increase was 55 % for the interaction at pH 9 and 47% for the interaction at pH 7, respectively. In the same examples, the emulsion stability indexes increased by 70% and 6%, respectively. In vitro bioavailability analysis was performed to examine the bioactive properties of protein phenolic solution and its stability during gastrointestinal digestion. The total phenolic content and antioxidant capacity of the samples were increased with the addition of phenolic extract. After intestinal digestion, the total phenolic content in covalent samples decreased, however, no statistically significant difference was observed after the interaction at pH 7. The total phenolic content of the samples interacted at pH 9 decreased after intestinal digestion, but there was no statistically significant difference the samples interacted at pH 7. The ABTS method indicated that, while total antioxidant capacity was reduced in the gastric phase, total antioxidant capacity was increased by up to 33% only after the interaction at pH 9 in the intestinal phase. Although there was little or no increase in total antioxidant capacity of the samples in the gastric phase, an increase in antioxidant capacity of up to 68 and 18 %, respectively, was observed in the intestinal phase after interaction at pH 7 and pH 9 with the addition of phenolic. Zeta potential, FTIR spectrum, and fluorescence intensity analyses were used to investigate the effect of the interaction on the structural properties of the chickpea protein. While the samples' absolute zeta potential was low after interaction at pH 9, the absolute zeta potential increased after interaction at pH 7. The FTIR spectrum of the analysis showed that there was a change in the secondary structure of the chickpea protein due to the change in the amide bands. Also, change in the tertiary structure was detected due to the change in the fluorescence intensity after both interaction conditions. Consequently, spent coffee ground phenolics were found to cause changes in protein structure as a result of interaction with chickpea protein. The functional properties of the chickpea protein have been improved as a result of these changes. It was concluded that phenolics from spent coffee grounds could be an effective alternative protein modification for chickpea protein.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    848694

    Green synthesis of nanostructured bioactive glass for dental applications

    Diş hekimliği uygulamalarında kullanılmak üzere yeşil sentez ile nano-yapılı biyocam sentezi

    MELİSA TÜNCER

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Biyomühendislikİzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü

    Biyomühendislik Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ CEYDA ÖKSEL KARAKUŞ

    DR. ÖĞR. ÜYESİ DENİZ TANIL YÜCESOY

  2. Tez No

    295831

    Karbon nano tüp takviyeli biyoaktif seramik tozlarının sentezi, karakterizasyonu ve Ti-6Al-4V alaşımı üzerine kaplanması

    Synthesis of carbon nanotube reinforced bioactive ceramic powders and electrophoretic deposition on Ti-6Al-4V alloys

    CEM BÜLENT ÜSTÜNDAĞ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2011

    Metalurji MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. CENGİZ KAYA

  3. Tez No

    637756

    Recombinant expression, purification and characterization of TNFR1

    TNFR1'in rekombinant üretimi, saflaştırılması ve karakterizasyonu

    YAĞMUR ÖZ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Biyoteknolojiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Moleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. GİZEM DİNLER DOĞANAY

  4. Tez No

    767103

    Küçük çaplarda boncuksuz nanolif üretimi

    Production of bead free nanofibers with small diameter

    TUĞÇE NUR YÖRÜKHAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Kimya MühendisliğiGebze Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ÇİĞDEM TAŞDELEN YÜCEDAĞ

  5. Tez No

    898748

    Hybrid bioprinting of functionalized scaffolds for tissue engineering applications

    Doku mühendisliği uygulamaları için fonksiyonelleştirilmiş doku iskelelerinin hibrid üç boyutlu (3B) biyobasım

    MAHDIYEH ZAHRABI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Bilim ve TeknolojiSabancı Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. BAHATTİN KOÇ

Geri Dön